src/pulsecore/ffmpeg/resample2.c

   1 /*
   2  * audio resampling
   3  * Copyright (c) 2004 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 /**
  23  * @file libavcodec/resample2.c
  24  * audio resampling
  25  * @author Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
  26  */
  27
  28 #include "avcodec.h"
  29 #include "dsputil.h"
  30
  31 #include <stdio.h>
  32
  33 #ifndef CONFIG_RESAMPLE_HP
  34 #define FILTER_SHIFT 15
  35
  36 #define FELEM int16_t
  37 #define FELEM2 int32_t
  38 #define FELEML int64_t
  39 #define FELEM_MAX INT16_MAX
  40 #define FELEM_MIN INT16_MIN
  41 #define WINDOW_TYPE 9
  42 #elif !defined(CONFIG_RESAMPLE_AUDIOPHILE_KIDDY_MODE)
  43 #define FILTER_SHIFT 30
  44
  45 #define FELEM int32_t
  46 #define FELEM2 int64_t
  47 #define FELEML int64_t
  48 #define FELEM_MAX INT32_MAX
  49 #define FELEM_MIN INT32_MIN
  50 #define WINDOW_TYPE 12
  51 #else
  52 #define FILTER_SHIFT 0
  53
  54 #define FELEM double
  55 #define FELEM2 double
  56 #define FELEML double
  57 #define WINDOW_TYPE 24
  58 #endif
  59
  60 #define PRE_FILTER_TABLE_PATH   "/opt/etc/pulse"
  61
  62 typedef struct AVResampleContext{
  63     FELEM *filter_bank;
  64     int filter_length;
  65     int ideal_dst_incr;
  66     int dst_incr;
  67     int index;
  68     int frac;
  69     int src_incr;
  70     int compensation_distance;
  71     int phase_shift;
  72     int phase_mask;
  73     int linear;
  74 }AVResampleContext;
  75
  76 /**
  77  * 0th order modified bessel function of the first kind.
  78  */
  79 static double bessel(double x){
  80     double v=1;
  81     double t=1;
  82     int i;
  83
  84     x= x*x/4;
  85     for(i=1; i<50; i++){
  86         t *= x/(i*i);
  87         v += t;
  88     }
  89     return v;
  90 }
  91
  92 /**
  93  * builds a polyphase filterbank.
  94  * @param factor resampling factor
  95  * @param scale wanted sum of coefficients for each filter
  96  * @param type 0->cubic, 1->blackman nuttall windowed sinc, 2..16->kaiser windowed sinc beta=2..16
  97  */
  98 void av_build_filter(FELEM *filter, double factor, int tap_count, int phase_count, int scale, int type){
  99     int ph, i;
 100     double x, y, w, tab[tap_count];
 101     const int center= (tap_count-1)/2;
 102
 103     /* if upsampling, only need to interpolate, no filter */
 104     if (factor > 1.0)
 105         factor = 1.0;
 106
 107     for(ph=0;ph<phase_count;ph++) {
 108         double norm = 0;
 109         for(i=0;i<tap_count;i++) {
 110             x = M_PI * ((double)(i - center) - (double)ph / phase_count) * factor;
 111             if (x == 0) y = 1.0;
 112             else        y = sin(x) / x;
 113             switch(type){
 114             case 0:{
 115                 const float d= -0.5; //first order derivative = -0.5
 116                 x = fabs(((double)(i - center) - (double)ph / phase_count) * factor);
 117                 if(x<1.0) y= 1 - 3*x*x + 2*x*x*x + d*(            -x*x + x*x*x);
 118                 else      y=                       d*(-4 + 8*x - 5*x*x + x*x*x);
 119                 break;}
 120             case 1:
 121                 w = 2.0*x / (factor*tap_count) + M_PI;
 122                 y *= 0.3635819 - 0.4891775 * cos(w) + 0.1365995 * cos(2*w) - 0.0106411 * cos(3*w);
 123                 break;
 124             default:
 125                 w = 2.0*x / (factor*tap_count*M_PI);
 126                 y *= bessel(type*sqrt(FFMAX(1-w*w, 0)));
 127                 break;
 128             }
 129
 130             tab[i] = y;
 131             norm += y;
 132         }
 133
 134         /* normalize so that an uniform color remains the same */
 135         for(i=0;i<tap_count;i++) {
 136 #ifdef CONFIG_RESAMPLE_AUDIOPHILE_KIDDY_MODE
 137             filter[ph * tap_count + i] = tab[i] / norm;
 138 #else
 139             filter[ph * tap_count + i] = av_clip(lrintf(tab[i] * scale / norm), FELEM_MIN, FELEM_MAX);
 140 #endif
 141         }
 142     }
 143 #if 0
 144     {
 145 #define LEN 1024
 146         int j,k;
 147         double sine[LEN + tap_count];
 148         double filtered[LEN];
 149         double maxff=-2, minff=2, maxsf=-2, minsf=2;
 150         for(i=0; i<LEN; i++){
 151             double ss=0, sf=0, ff=0;
 152             for(j=0; j<LEN+tap_count; j++)
 153                 sine[j]= cos(i*j*M_PI/LEN);
 154             for(j=0; j<LEN; j++){
 155                 double sum=0;
 156                 ph=0;
 157                 for(k=0; k<tap_count; k++)
 158                     sum += filter[ph * tap_count + k] * sine[k+j];
 159                 filtered[j]= sum / (1<<FILTER_SHIFT);
 160                 ss+= sine[j + center] * sine[j + center];
 161                 ff+= filtered[j] * filtered[j];
 162                 sf+= sine[j + center] * filtered[j];
 163             }
 164             ss= sqrt(2*ss/LEN);
 165             ff= sqrt(2*ff/LEN);
 166             sf= 2*sf/LEN;
 167             maxff= FFMAX(maxff, ff);
 168             minff= FFMIN(minff, ff);
 169             maxsf= FFMAX(maxsf, sf);
 170             minsf= FFMIN(minsf, sf);
 171             if(i%11==0){
 172                 av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "i:%4d ss:%f ff:%13.6e-%13.6e sf:%13.6e-%13.6e\n", i, ss, maxff, minff, maxsf, minsf);
 173                 minff=minsf= 2;
 174                 maxff=maxsf= -2;
 175             }
 176         }
 177     }
 178 #endif
 179 }
 180
 181 int64_t __gettime(void)
 182 {
 183         struct timeval tv;
 184         gettimeofday(&tv,NULL);
 185         return (int64_t)tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec;
 186 }
 187
 188 #define PRELOAD_FILTER
 189
 190 AVResampleContext *av_resample_init(int out_rate, int in_rate, int filter_size, int phase_shift, int linear, double cutoff)
 191 {
 192 #ifdef DEBUG_MODE
 193         int64_t start = __gettime ();
 194         printf("[%s][%d] out=%d, in=%d, filter_size=%d, phase_shift=%d, linear=%d, cutoff=%f\n", __func__, __LINE__,
 195                         out_rate, in_rate, filter_size, phase_shift, linear, cutoff);
 196 #endif
 197     AVResampleContext *c= av_mallocz(sizeof(AVResampleContext));
 198     double factor= FFMIN(out_rate * cutoff / in_rate, 1.0);
 199
 200     int phase_count= 1<<phase_shift;
 201
 202     c->phase_shift= phase_shift;
 203     c->phase_mask= phase_count-1;
 204     c->linear= linear;
 205
 206     c->filter_length= FFMAX((int)ceil(filter_size/factor), 1);
 207     c->filter_bank= av_mallocz(c->filter_length*(phase_count+1)*sizeof(FELEM));
 208
 209 #ifdef DEBUG_MODE
 210     printf("factor=%f, filter length=%d, filter_bank size=%d\n", factor, c->filter_length, c->filter_length*(phase_count+1)*sizeof(FELEM));
 211 #endif
 212
 213     int filter_bank_size = c->filter_length*(phase_count+1)*sizeof(FELEM);
 214
 215 #ifndef PRELOAD_FILTER
 216     av_build_filter(c->filter_bank, factor, c->filter_length, phase_count, 1<<FILTER_SHIFT, WINDOW_TYPE);
 217 #else // PRELOAD_FILTER
 218     char filter_data_name[256];
 219     sprintf (filter_data_name, "%s/filter_%d_%d.dat", PRE_FILTER_TABLE_PATH, in_rate, out_rate);
 220
 221 #ifdef DEBUG_MODE
 222     printf ("filter_data_name = %s\n", filter_data_name);
 223 #endif
 224
 225     /* Check whether pre-created file is exists */
 226     FILE* f1 = fopen(filter_data_name, "r");
 227     if (f1) {
 228         /* Read pre-created filter data */
 229         if (fread (c->filter_bank, 1, filter_bank_size, f1) != filter_bank_size) {
 230                 printf ("Error!!! Loading Filter [%s]!!!!!\n", filter_data_name);
 231         } else {
 232                 printf ("Filter [%s] Loaded!!!!\n", filter_data_name);
 233         }
 234         fclose (f1);
 235     } else {
 236         /* If not exist, Create filter data */
 237                 av_build_filter(c->filter_bank, factor, c->filter_length, phase_count, 1<<FILTER_SHIFT, WINDOW_TYPE);
 238
 239                 /* Save filter data */
 240                 FILE* f2 = fopen(filter_data_name, "w");
 241                 if (f2) {
 242                         if (fwrite(c->filter_bank, 1, filter_bank_size, f2) == filter_bank_size) {
 243                                 printf ("Filter data [%s] saved\n", filter_data_name);
 244                         } else {
 245                                 printf ("Error!!! Writing Filter data [%s]\n", filter_data_name);
 246                         }
 247                         fclose (f2);
 248                 } else {
 249                         printf ("Error!!! Failed to open filter data file [%s]\n", filter_data_name);
 250                 }
 251
 252     }
 253 #endif // PRELOAD_FILTER
 254
 255     memcpy(&c->filter_bank[c->filter_length*phase_count+1], c->filter_bank, (c->filter_length-1)*sizeof(FELEM));
 256     c->filter_bank[c->filter_length*phase_count]= c->filter_bank[c->filter_length - 1];
 257
 258     c->src_incr= out_rate;
 259     c->ideal_dst_incr= c->dst_incr= in_rate * phase_count;
 260     c->index= -phase_count*((c->filter_length-1)/2);
 261
 262 #ifdef DEBUG_MODE
 263     printf("[%s][%d] elapsed = %lld\n", __func__, __LINE__, __gettime() - start);
 264 #endif
 265
 266     return c;
 267 }
 268
 269 void av_resample_close(AVResampleContext *c){
 270     av_freep(&c->filter_bank);
 271     av_freep(&c);
 272 }
 273
 274 void av_resample_compensate(AVResampleContext *c, int sample_delta, int compensation_distance){
 275 //    sample_delta += (c->ideal_dst_incr - c->dst_incr)*(int64_t)c->compensation_distance / c->ideal_dst_incr;
 276     c->compensation_distance= compensation_distance;
 277     c->dst_incr = c->ideal_dst_incr - c->ideal_dst_incr * (int64_t)sample_delta / compensation_distance;
 278 }
 279
 280 int av_resample(AVResampleContext *c, short *dst, short *src, int *consumed, int src_size, int dst_size, int update_ctx){
 281     int dst_index, i;
 282     int index= c->index;
 283     int frac= c->frac;
 284     int dst_incr_frac= c->dst_incr % c->src_incr;
 285     int dst_incr=      c->dst_incr / c->src_incr;
 286     int compensation_distance= c->compensation_distance;
 287
 288   if(compensation_distance == 0 && c->filter_length == 1 && c->phase_shift==0){
 289         int64_t index2= ((int64_t)index)<<32;
 290         int64_t incr= (1LL<<32) * c->dst_incr / c->src_incr;
 291         dst_size= FFMIN(dst_size, (src_size-1-index) * (int64_t)c->src_incr / c->dst_incr);
 292
 293         for(dst_index=0; dst_index < dst_size; dst_index++){
 294             dst[dst_index] = src[index2>>32];
 295             index2 += incr;
 296         }
 297         frac += dst_index * dst_incr_frac;
 298         index += dst_index * dst_incr;
 299         index += frac / c->src_incr;
 300         frac %= c->src_incr;
 301   }else{
 302     for(dst_index=0; dst_index < dst_size; dst_index++){
 303         FELEM *filter= c->filter_bank + c->filter_length*(index & c->phase_mask);
 304         int sample_index= index >> c->phase_shift;
 305         FELEM2 val=0;
 306
 307         if(sample_index < 0){
 308             for(i=0; i<c->filter_length; i++)
 309                 val += src[FFABS(sample_index + i) % src_size] * filter[i];
 310         }else if(sample_index + c->filter_length > src_size){
 311             break;
 312         }else if(c->linear){
 313             FELEM2 v2=0;
 314             for(i=0; i<c->filter_length; i++){
 315                 val += src[sample_index + i] * (FELEM2)filter[i];
 316                 v2  += src[sample_index + i] * (FELEM2)filter[i + c->filter_length];
 317             }
 318             val+=(v2-val)*(FELEML)frac / c->src_incr;
 319         }else{
 320             for(i=0; i<c->filter_length; i++){
 321                 val += src[sample_index + i] * (FELEM2)filter[i];
 322             }
 323         }
 324
 325 #ifdef CONFIG_RESAMPLE_AUDIOPHILE_KIDDY_MODE
 326         dst[dst_index] = av_clip_int16(lrintf(val));
 327 #else
 328         val = (val + (1<<(FILTER_SHIFT-1)))>>FILTER_SHIFT;
 329         dst[dst_index] = (unsigned)(val + 32768) > 65535 ? (val>>31) ^ 32767 : val;
 330 #endif
 331
 332         frac += dst_incr_frac;
 333         index += dst_incr;
 334         if(frac >= c->src_incr){
 335             frac -= c->src_incr;
 336             index++;
 337         }
 338
 339         if(dst_index + 1 == compensation_distance){
 340             compensation_distance= 0;
 341             dst_incr_frac= c->ideal_dst_incr % c->src_incr;
 342             dst_incr=      c->ideal_dst_incr / c->src_incr;
 343         }
 344     }
 345   }
 346     *consumed= FFMAX(index, 0) >> c->phase_shift;
 347     if(index>=0) index &= c->phase_mask;
 348
 349     if(compensation_distance){
 350         compensation_distance -= dst_index;
 351         assert(compensation_distance > 0);
 352     }
 353     if(update_ctx){
 354         c->frac= frac;
 355         c->index= index;
 356         c->dst_incr= dst_incr_frac + c->src_incr*dst_incr;
 357         c->compensation_distance= compensation_distance;
 358     }
 359 #if 0
 360     if(update_ctx && !c->compensation_distance){
 361 #undef rand
 362         av_resample_compensate(c, rand() % (8000*2) - 8000, 8000*2);
 363 av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "%d %d %d\n", c->dst_incr, c->ideal_dst_incr, c->compensation_distance);
 364     }
 365 #endif
 366
 367     return dst_index;
 368 }